[发明专利]一种双单目三维成像系统的点云融合方法

说明书

本发明公开了一种双单目三维成像系统的点云融合方法，其系统由结构光投射模块以及分布于结构光投射模块两侧的图像采集模块构成，左右两侧单目系统的点云融合方法包括标定阶段和重建阶段：在标定阶段利用编码信息确定两个单目点云的一一对应关系；在重建阶段，借助SVD分解逐块确定旋转平移变换，经旋转平移变换完成点云拼接操作后，将重叠区域的点云作平均融合处理，得到一组完整性佳的点云。本发明方法可通过一次数据采集，实现左右单目点云的拼接，省去了多次采集的繁琐操作，而且不需要计算点云特征或者2D特征来确定两组点云匹配关系，可以节省大量计算时间，显著提高三维成像数据完整性。

技术领域

本发明属于三维成像技术领域，具体涉及一种双单目三维成像系统的点云融合方法。

背景技术

基于结构光法的三维成像技术，因其测量精度高、非接触、成像时间短等优点，在工业检测、逆向工程、虚拟现实、牙科诊治和文物保护等领域具有广泛应用。一般地，根据三维成像系统中图像采集模块的个数，可分为单目结构光系统和双目结构光系统。双目结构光系统，是根据结构光的编码信息，确定两个相机的像素匹配关系，求取视差图，当存在遮挡和近端过曝情况时，容易造成点云缺失；而双单目三维成像系统，即左右图像采集模块分别与结构光投射模块构成单目系统，通过一次拍摄可以得到两组单目点云的并集，有效提升点云的完整性。

针对点云缺失问题，传统方法是同一台三维扫描仪变换位置，多次拍摄，得到多组点云，最后拼接成一组完整点云。武汉中观自动化科技有限公司在公开号为CN107680039A的发明专利申请中提出了一种基于白光扫描仪的点云拼接方法及系统，该专利技术将点云ICP拼接方法/标志点拼接方法以及纹理匹配(SIFT)拼接方法结合到一起，可有效弥补单一拼接方法的缺陷，但是会造成算法复杂度增加，计算时间增长。

深圳市凌云视讯科技有限责任公司在公开号为CN110120013A的发明专利申请中提出了一种点云拼接方式，该方法结合2D特征和3D点云特征来确定匹配点对，无需进行最近点迭代计算，避免了点云配准中的繁琐过程，但是不适用工业场景中大量平面类的工件，尤其是独特的2D和3D特征都少的情况。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种双单目三维成像系统的点云融合方法，该方法无需额外操作，仅一次结构光投射和图像过程，即可准确的实现左、右单目系统的点云拼接操作，从而显著提高三维成像的数据完整性。

一种双单目三维成像系统的点云融合方法，所述成像系统由结构光投射模块以及分布于结构光投射模块左右两侧的图像采集模块构成，左侧图像采集模块与结构光投射模块构成左单目系统，右侧图像采集模块与结构光投射模块构成右单目系统，所述方法用于左单目系统与右单目系统的点云融合，具体包括如下步骤：

(1)设计用于标定的结构光投射模板，其由横纵两个方向互相垂直的条纹图组成；

(2)利用结构光投射模块将所述结构光投射模板投向白板，两侧图像采集模块同步采集模板图像，利用编码的唯一性可确定左单目系统与右单目系统所采集图像像素之间的一一对应关系；

(3)根据三角测量原理，重建左单目系统所采集图像的三维点云数据即左点云，同时重建右单目系统所采集图像的三维点云数据即右点云；

(4)利用左单目系统与右单目系统所采集图像像素之间的一一对应关系，逐块确定右单目系统坐标系到左单目系统坐标系之间的变换矩阵，并将右点云变换至左单目系统坐标系中；

(5)将变换至左单目系统坐标系中的右点云与左点云之间重合的部分通过平均操作，融合为一块点云。

优选地，所述结构光投射模板中两个方向的条纹图采用格雷码加四步相移法编码生成。